KR100615583B1 - Methods of forming a pram having a phase-change layer pattern confined in a node isolating layer pattern - Google Patents
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Abstract
노드 절연막 패턴에 구속된 상전이막 패턴을 갖는 피이. 램(PRAM; Phase-change Random Access Memory)의 형성방법들을 제공한다. 이 형성방법들은 상전이막 패턴의 일부를 노드 절연막에 구속시켜서 리셋(Reset) 전류의 소모를 적게하는 방안을 제시한다. 이를 위해서, 반도체 기판 상에 활성영역 및 게이트 패턴을 차례로 형성한다. 상기 게이트 패턴의 상부에 하부 전극막, 노드 절연막, 반사방지막 및 포토레지스트 패턴들을 차례로 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴들 및 반사방지막을 덮는 폴리머 막을 형성한다. 그리고, 상기 노드 절연막을 노출시키도록 폴리머 막, 포토레지스트 패턴들 및 반사방지막에 식각공정을 수행한다. 상기 식각공정은 포토레지스트 패턴들 사이의 폴리머 막의 측벽에 제 1 식각 부산물 폴리머 막을 형성한다. 다음으로, 상기 포토레지스트 패턴들, 반사방지막, 폴리머 막 및 제 1 식각 부산물 폴리머 막을 식각 마스크로 사용해서 노드 절연막 및 하부 전극막에 식각공정을 연속적으로 수행한다. 이때에, 상기 식각공정은 노드 절연막 및 하부 전극막에 구속 콘택홀을 형성한다. 또한, 상기 식각공정은 구속 콘택홀의 측벽에 제 2 식각 부산물 폴리머 막을 형성한다. 이를 통해서, 상기 형성방법들은 피이. 램에 구속 콘택홀을 배치하여 리셋 전류의 소모를 줄여서 반도체 장치의 시장 욕구에 대응할 수 있게 해준다.P having a phase transition film pattern constrained by the node insulating film pattern. Methods of forming a phase-change random access memory (PRAM) are provided. These formation methods propose a method of reducing the consumption of reset current by constraining part of the phase transition film pattern to the node insulating film. To this end, active regions and gate patterns are sequentially formed on the semiconductor substrate. A lower electrode film, a node insulating film, an antireflection film, and photoresist patterns are sequentially formed on the gate pattern. A polymer film is formed to cover the photoresist patterns and the anti-reflection film. An etching process is performed on the polymer film, the photoresist patterns, and the anti-reflection film to expose the node insulating film. The etching process forms a first etching byproduct polymer film on sidewalls of the polymer film between the photoresist patterns. Next, using the photoresist patterns, the antireflection film, the polymer film and the first etching byproduct polymer film as an etching mask, the etching process is continuously performed on the node insulating film and the lower electrode film. At this time, the etching process forms a confining contact hole in the node insulating film and the lower electrode film. In addition, the etching process forms a second etching byproduct polymer film on the sidewall of the confining contact hole. Through this, the forming methods are bloody. By placing restraint contact holes in the RAM, it reduces the consumption of reset current to meet the market needs of semiconductor devices.
하부 및 상부 전극막들, 폴리머 막, 상전이막, 구속 콘택홀Lower and upper electrode films, polymer film, phase change film, constrained contact hole
Description
도 1 은 본 발명에 따른 피이. 램의 배치도.1 is a blood invention according to the present invention. Layout of the ram.
도 2 내지 도 13 은 각각이 도 1 의 절단선을 따라 취해서 피이. 램의 형성방법을 설명해 주는 단면도들. 2 to 13 are each taken along the cutting line of FIG. 1. Sectional views illustrating how the ram is formed.
도 14 는 본 발명에 따른 피이. 램들의 전기적 특성을 보여주는 그래프.14 is a blood invention according to the present invention. A graph showing the electrical characteristics of the RAMs.
본 발명은 피이. 램(PRAM; Phase-change Random Access Memory)의 형성방법들에 관한 것으로서, 상세하게는, 노드 절연막 패턴에 구속된 상전이막 패턴을 갖는 피이. 램의 형성방법들에 관한 것이다.The present invention is P. The present invention relates to methods of forming a phase-change random access memory (PRAM), and more specifically, a P-type having a phase-transition film pattern constrained to a node insulating film pattern. It relates to methods of forming a ram.
일반적으로, 피이. 램은 트랜지스터 및 상전이막 패턴을 갖는다. 그리고, 상기 피이. 램은 상전이막 패턴 및 트랜지스터를 전기적으로 연결하기 위해서 그들 사이에 하나 이상의 콘택들을 갖는다. 상기 콘택들 중 하나는 트랜지스터의 소오스 또는 드레인 영역을 노출시키고, 나머지는 상기 하나의 콘택의 상부에 위치해서 상 전이막 패턴에 중첩된다. 상기 피이. 램은 트랜지스터 및 콘택들을 따라 흐르는 전류를 사용해서 상전이막 패턴의 결정구조를 상전이시킨다. 이때에, 상기 피이. 램은 상전이막 패턴의 결정구조를 이용해서 선택된 셀(Cell)에 "0" 또는 "1" 의 데이타를 저장시킬 수 있다. 따라서, 상기 피이. 램은 상전이막 패턴의 결정구조를 상전이시키는 소모 전류를 줄이기 위해서 상전이막 패턴 아래에 위치된 콘택의 직경을 줄이는 방안들이 적용되고 있다. Generally, bloody. The RAM has a transistor and a phase change pattern. And, the blood. The RAM has one or more contacts therebetween to electrically connect the phase change pattern and the transistor. One of the contacts exposes a source or drain region of the transistor, and the other is positioned on top of the one contact and overlaps the phase transition film pattern. Said blood. RAM phase-transfers the crystal structure of the phase change film pattern using current flowing through the transistors and contacts. At this time, the blood. The RAM may store data of "0" or "1" in the selected cell by using the crystal structure of the phase transition film pattern. Thus, the blood. RAM has been applied to reduce the diameter of the contact located under the phase transition pattern in order to reduce the current consumption to phase-transfer the crystal structure of the phase transition pattern.
그러나, 상기 상전이막 패턴 아래에 위치된 콘택은 피이. 램의 디자인 룰의 점진적인 축소로 인해서 반도체 기판 상에 구현하는데 어려움을 갖을 수 있다. 이는 상기 디자인 룰의 축소와 함께 포토레지스트 막에 콘택 이미지를 정의하는 포토공정의 한계에 이르기 때문이다. 더우기, 상기 포토공정의 한계는 후속의 식각공정에도 영향을 주어서 전체적으로 반도체 제조 공정들이 수행될 수 없게 만들 수 있다. 상기 피이. 램의 디자인 룰이 반도체 장치의 시장 욕구로 인해서 피해갈 수 없는 상황이라면, 상기 상전이막 패턴 아래에 위치된 콘택은 포토 공정의 한계를 극복해서 반도체 기판 상에 구현하는 것이 필요하다. However, the contact located below the phase change film pattern is phi. Due to the gradual shrinking of the design rules of the RAM, it may be difficult to implement on the semiconductor substrate. This is because the design rule is reduced and the limit of the photo process of defining a contact image on the photoresist film is reached. Moreover, the limitations of the photo process may also affect subsequent etching processes, making the semiconductor manufacturing processes entirely inoperable. Said blood. If the design rules of the RAM cannot be avoided due to the market desire of the semiconductor device, the contact located under the phase change layer pattern needs to be implemented on the semiconductor substrate to overcome the limitation of the photo process.
한편, " 프로그램할 수 있는 저항 메모리 소자의 형성방법(Method of Making Programmable Resistance Memory Element)" 이 미국공개특허공보 제 2002/0197566 호(U.S. Pat. Publication No. 2002/0197566)에 존 메이멈(Jon Maimom) 등에 의해 개시된 바 있다.Meanwhile, "Method of Making Programmable Resistance Memory Element" is described in US Pat. Publication No. 2002/0197566 (US Pat. Publication No. 2002/0197566). Maimom et al.
상기 미국공개특허공보 제 2002/0197566 호에 따르면, 상기 형성방법은 제 1 물질막을 제공하는 것을 포함한다. 상기 제 1 물질막은 도전막일 수 있다. 상기 제 1 물질막에 제 2 물질막을 형성한다. 이때에, 상기 제 2 물질막들은 포토레지스트 막이다. 그리고, 상기 제 2 물질막을 부분적으로 제거해서 제 1 물질막 상에 포토 마스크를 형성한다. 상기 포토 마스크를 사일리레이션(Silylation)시켜서 그 마스크의 측벽 및 상면에 사일리레이션 막을 형성한다. 상기 사일리레이션 막은 포토레지스트 막에 실리콘 원자를 확산시켜서 형성한 것이다. According to U.S. Patent Publication No. 2002/0197566, the forming method includes providing a first material film. The first material layer may be a conductive layer. A second material film is formed on the first material film. In this case, the second material layers are photoresist layers. The second material film is partially removed to form a photomask on the first material film. By silencing the photo mask, a silicide film is formed on the sidewalls and the top surface of the mask. The silicide film is formed by diffusing silicon atoms in a photoresist film.
상기 형성방법은 제 1 물질막 및 사일리레이션 막에 제 3 물질막을 형성하는 것을 더 포함한다. 상기 제 3 물질막들은 포토레지스트 막이다. 상기 제 3 물질막을 부분적으로 제거한다. 계속해서, 상기 포토 마스크의 측면 및 상면의 사일리레이션 막을 제거한다. 상기 제 1 물질막 및 상기 포토 마스크를 식각 마스크로 사용해서 제 1 물질막을 부분적으로 제거하여 개구부를 형성한다. 상기 개구부에 프로그램할 수 있는 저항 물질이 증착된다.The forming method further includes forming a third material film on the first material film and the silicide film. The third material layers are photoresist layers. The third material film is partially removed. Subsequently, the silicide film on the side and top of the photo mask is removed. The opening is formed by partially removing the first material layer using the first material layer and the photo mask as an etching mask. A programmable resistive material is deposited in the opening.
그러나, 상기 형성방법은 개구부를 제조하는 동안 두 번의 포토 공정들을 사용한다. 이는 반도체 장치의 제조 원가를 높이는 원인이 될 수 있다. 더불어서, 상기 제 3 물질막 및 사일리레이션 막을 하나의 장비에서 인 시튜(In-situ)로 부분 제거할 수 없다면, 상기 형성방법은 반도체 장치의 제조 원가를 더욱 높일 수 있다. However, the formation method uses two photo processes during the manufacture of the openings. This may cause the manufacturing cost of the semiconductor device to increase. In addition, if the third material film and the silicide film cannot be partially removed in-situ in one device, the forming method may further increase the manufacturing cost of the semiconductor device.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체 기판의 상부에 하부 전극 및 노드 절연막 패턴을 차례로 적층해서 노드 절연막 패턴을 관통하여 하부 전극에 접촉하도록 노드 절연막 패턴에 구속된 상전이막 패턴을 갖는 피이. 램의 형성방법들 을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to stack a lower electrode and a node insulating film pattern on top of a semiconductor substrate in order to penetrate the node insulating film pattern to have a phase transition film pattern constrained by the node insulating film pattern to contact the lower electrode. It is to provide a method of forming a RAM.
상기 기술적 과제를 구현하기 위해서, 본 발명은 노드 절연막 패턴에 구속된 상전이막 패턴을 갖는 피이. 램의 형성방법을 제공한다.In order to implement the above technical problem, the present invention is a P having a phase transition film pattern constrained by the node insulating film pattern. It provides a method of forming a ram.
상기 형성방법의 일 실시예는 반도체 기판 상에 활성영역 및 게이트 패턴을 차례로 형성하는 것을 포함한다. 상기 게이트 패턴의 상부에 하부 전극막, 노드 절연막 및 반사방지막을 차례로 형성한다. 상기 반사방지막을 노출시키는 포토레지스트 패턴들을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴들 및 반사방지막을 덮는 폴리머 막을 형성한다. 계속해서, 상기 노드 절연막을 노출시키도록 포토레지스트 패턴들을 식각 마스크로 사용해서 폴리머 막 및 반사방지막에 식각공정을 수행한다. 상기 식각공정은 반사방지막의 상면 및 포토레지스트 패턴들의 측벽 사이에 식각후 남겨진 폴리머 막 및 상기 폴리머 막의 측벽을 덮는 제 1 식각 부산물 폴리머 막을 형성한다. 다음으로, 상기 포토레지스트 패턴들, 반사방지막, 폴리머 막 및 제 1 식각 부산물 폴리머 막을 식각 마스크로 사용해서 노드 절연막 및 하부 전극막에 식각공정을 연속적으로 수행한다. 이때에, 상기 식각공정은 노드 절연막을 지나서 하부 전극막에 구속 콘택홀을 형성하고 동시에 구속 콘택홀의 측벽에 제 2 식각 부산물 폴리머 막을 형성한다. 이어서, 상기 반도체 기판으로부터 제 1 및 제 2 식각 부산물 폴리머 막들, 폴리머 막, 반사방지막과 함께 포토레지스트 패턴들을 제거한다. 상기 구속 콘택홀을 충분히 채우도록 노드 절연막 상에 상전이막 및 상기 상전이막을 덮는 상부 전극막을 형성한다. One embodiment of the forming method includes sequentially forming an active region and a gate pattern on a semiconductor substrate. A lower electrode film, a node insulating film, and an antireflection film are sequentially formed on the gate pattern. Photoresist patterns exposing the antireflection film are formed. A polymer film is formed to cover the photoresist patterns and the anti-reflection film. Subsequently, an etching process is performed on the polymer film and the antireflection film by using photoresist patterns as an etching mask to expose the node insulating film. The etching process forms a polymer film left after etching between the top surface of the antireflection film and the sidewalls of the photoresist patterns and a first etching byproduct polymer film covering the sidewalls of the polymer film. Next, using the photoresist patterns, the antireflection film, the polymer film and the first etching byproduct polymer film as an etching mask, the etching process is continuously performed on the node insulating film and the lower electrode film. In this case, the etching process forms a confining contact hole in the lower electrode film through the node insulating film and simultaneously forms a second etching byproduct polymer film on the sidewall of the confining contact hole. Subsequently, photoresist patterns are removed from the semiconductor substrate together with the first and second etching byproduct polymer films, the polymer film, and the antireflective film. A phase transition layer and an upper electrode layer covering the phase transition layer are formed on the node insulating layer to sufficiently fill the constraint contact hole.
상기 형성방법의 다른 실시예는 반도체 기판 상에 활성영역 및 게이트 패턴을 차례로 형성하는 것을 포함한다. 상기 게이트 패턴의 상부에 하부 전극막 및 노드 절연막을 차례로 형성한다. 상기 노드 절연막을 노출시키는 포토레지스트 패턴들을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴들 및 노드 절연막을 덮는 폴리머 막을 형성한다. 계속해서, 상기 노드 절연막을 노출시키도록 포토레지스트 패턴들을 식각 마스크로 사용해서 폴리머 막에 식각공정을 수행한다. 상기 식각공정은 노드 절연막의 상면 및 포토레지스트 패턴들의 측벽 사이에 식각후 남겨진 폴리머 막 및 상기 폴리머 막의 측벽을 덮는 제 1 식각 부산물 폴리머 막을 형성한다. 다음으로, 상기 포토레지스트 패턴들, 폴리머 막 및 제 1 식각 부산물 폴리머 막을 식각 마스크로 사용해서 노드 절연막 및 하부 전극막에 식각공정을 연속적으로 수행한다. 상기 식각공정은 노드 절연막을 지나서 하부 전극막에 구속 콘택홀을 형성하고 동시에 구속 콘택홀의 측벽에 제 2 식각 부산물 폴리머 막을 형성한다. 이어서, 상기 반도체 기판으로부터 제 1 및 제 2 식각 부산물 폴리머 막들, 폴리머 막과 함께 포토레지스트 패턴들을 제거한다. 상기 구속 콘택홀을 충분히 채우도록 노드 절연막 상에 상전이막 및 상기 상전이막을 덮는 상부 전극막을 형성한다. Another embodiment of the forming method includes sequentially forming an active region and a gate pattern on a semiconductor substrate. A lower electrode layer and a node insulating layer are sequentially formed on the gate pattern. Photoresist patterns exposing the node insulating layer are formed. A polymer film is formed to cover the photoresist patterns and the node insulating layer. Subsequently, an etching process is performed on the polymer film by using photoresist patterns as an etching mask to expose the node insulating film. The etching process forms a polymer film remaining after etching between the top surface of the node insulating film and the sidewalls of the photoresist patterns and a first etching byproduct polymer film covering the sidewalls of the polymer film. Next, using the photoresist patterns, the polymer film and the first etching byproduct polymer film as an etching mask, the etching process is continuously performed on the node insulating film and the lower electrode film. The etching process forms a confining contact hole in the lower electrode film through the node insulating film, and simultaneously forms a second etching byproduct polymer film on the sidewall of the confining contact hole. Subsequently, photoresist patterns are removed together with the first and second etching by-product polymer films and the polymer film from the semiconductor substrate. A phase transition layer and an upper electrode layer covering the phase transition layer are formed on the node insulating layer to sufficiently fill the constraint contact hole.
본 발명의 노드 절연막 패턴에 구속된 상전이막 패턴을 갖는 피이. 램의 형성방법을 첨부한 참조도면들을 참조해서 보다 상세히 설명하기로 한다. P having a phase transition film pattern constrained by the node insulating film pattern of the present invention. A method of forming a ram will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명에 따른 피이. 램의 배치도이고, 도 2 내지 도 12 는 각각이 도 1 의 절단선을 따라 취해서 피이. 램의 형성방법을 설명해 주는 단면도들이다. 1 is a blood invention according to the present invention. 2 to 12 are taken along the cutting line of FIG. These are cross-sectional views illustrating the method of forming the ram.
도 1 내지 도 4 를 참조하면, 반도체 기판(10)의 활성영역(15) 상에 게이트 패턴(20)을 형성한다. 상기 반도체 기판(10)은 P 형의 불순물 이온들을 갖는다. 상기 게이트 패턴(20)은 차례로 적층된 게이트 및 게이트 캐핑막 패턴을 사용해서 형 성한다. 상기 게이트 캐핑막은 실리콘 나이트라이드 막(Si3N4 Layer)을 사용해서 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 게이트는 N+ 형으로 도핑된 폴리실리콘 막을 사용해서 형성하는 것이 바람직하다. 상기 게이트 패턴(20)은 측벽에 게이트 스페이서(24)를 갖도록 형성한다. 이때에, 상기 게이트 스페이서(24)는 게이트 캐핑막 패턴과 동일한 식각률을 갖는 절연막을 사용해서 형성한다. 1 to 4, the
다음으로, 상기 반도체 기판(10)에 배치해서 게이트 패턴(20)에 중첩하는 소오스 및 드레인 영역들(28)을 형성한다. 상기 소오스 및 드레인 영역들(28)은 반도체 기판(10)과 다른 도전형을 갖는 불순물 이온들을 사용해서 형성하는 것이 바람직하다. 상기 소오스 및 드레인 영역들(28)은 N+ 형의 불순물 이온들을 사용해서 형성할 수 있다. 상기 게이트 패턴(20)을 충분히 덮도록 반도체 기판(10) 상에 패드 층간절연막(30)을 형성한다. 상기 패드 층간절연막(30)은 게이트 스페이서(24)와 다른 식각률을 갖는 절연막을 사용해서 형성하는 것이 바람직하다. 상기 패드 층간절연막(30)은 실리콘 산화막(SiO2 Layer)을 사용해서 형성할 수 있다.Next, source and drain
상기 소오스 또는 드레인 영역(28)을 노출시키는 패드 콘택홀(33)을 형성한다. 상기 패드 콘택홀(33)을 채우는 패드 글루막 패턴(36) 및 패드 도전막 패턴(39)을 차례로 형성한다. 상기 패드 도전막 패턴(39)은 텅스텐 막(W Layer)을 사용해서 형성하는 것이 바람직하다. 상기 패드 글루막 패턴(36)은 타이타늄 나이트라이드 막(TiN Layer)을 사용해서 형성하는 것이 바람직하다. A
상기 패드 글루막 및 패드 도전막 패턴들(36, 39)을 덮도록 매립 층간절연막 (40)을 패드 층간절연막(30) 상에 형성한다. 상기 매립 층간절연막(40)은 패드 층간절연막(30)과 동일한 식각률을 갖는 절연막을 사용해서 형성하는 것이 바람직하다. 상기 패드 콘택홀(33)의 상부에 위치해서 매립 층간절연막(40)을 관통하는 매립 콘택홀(43)을 형성한다. 상기 매립 콘택홀(43)은 패드 글루막 및 패드 도전막 패턴들(36, 39)을 노출시키도록 형성한다. 상기 매립 콘택홀(43)을 채우는 매립 글루막 패턴(46) 및 매립 도전막 패턴(49)을 차례로 형성한다. 상기 매립 도전막 패턴(49)은 텅스텐 막(W Layer)을 사용해서 형성하는 것이 바람직하다. 상기 매립 글루막 패턴(46)은 타이타늄 나이트라이드 막(TiN Layer)을 사용해서 형성하는 것이 바람직하다. A buried
이제부터, 도 5 내지 도 13 을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 기술하고 곁들여서 본 발명의 다른 실시예를 동시에 전개하기로 한다. Now, with reference to Figures 5 to 13 will be described and accompanied by an embodiment of the present invention to develop other embodiments of the present invention at the same time.
도 1 및 도 5 내지 도 8 을 참조하면, 상기 매립 글루막 및 매립 도전막 패턴들(46, 49)을 덮도록 매립 층간절연막(40) 상에 평탄화 층간절연막(50)을 형성한다. 상기 평탄화 층간절연막(50)은 매립 층간절연막(40)과 동일한 식각률을 갖는 절연막을 사용해서 형성하는 것이 바람직하다. 상기 매립 콘택홀(43)의 상부에 위치해서 평탄화 층간절연막(50)을 관통하는 노드 콘택홀(54)을 형성한다. 상기 노드 콘택홀(54)은 매립 도전막 패턴(49)을 노출시키도록 형성한다. 상기 노드 콘택홀(54)을 채우는 노드 도전막 패턴(58)을 형성한다. 상기 노드 도전막 패턴(58)은 타이타늄 나이트라이드 막(TiN Layer)을 사용해서 형성하는 것이 바람직하다. 1 and 5 to 8, a planarization
상기 노드 도전막 패턴(58)을 덮도록 평탄화 층간절연막(50) 상에 하부 전극 막(60), 노드 절연막(70) 및 반사방지막(ARL; Anti-Reflection Layer, 80)을 차례로 형성한다. 다른 실시예로써, 상기 노드 절연막(70) 상에 반사방지막(80)을 형성시키지 않을 수 있다. 즉, 상기 노드 도전막 패턴(58)을 덮도록 평탄화 층간절연막(50) 상에 하부 전극막(60) 및 노드 절연막(70)을 차례로 형성할 수 있다. 상기 반사방지막(80)은 포토 공정 동안 포토 광의 간섭(Interference)을 줄여주는 유기성 및 무기성 물질들 중 선택된 하나를 사용해서 형성할 수 있다. 그리고, 상기 노드 절연막(70)은 평탄화 층간절연막(50)과 다른 식각률을 갖는 절연막을 사용해서 형성할 수 있다. 상기 노드 절연막(70)은 실리콘 산화막(SiO2 Layer), 실리콘 옥사이드 나이트라이드 막(SiON Layer) 및 실리콘 나이트라이드 막(Si3N4 Layer) 중 선택된 하나를 사용해서 형성할 수 있다. 상기 하부 전극막(60)은 노드 도전막 패턴(58)과 동일한 도전막을 사용해서 형성하는 것이 바람직하다. 상기 하부 전극막(60)은 타이타늄 나이트라이드 막(TiN Layer), 타이타늄 알루미늄 나이트라이드 막(TiAlN Layer), 탄탈륨 나이트라이드 막(TaN Layer) 또는 타이타늄 텅스텐 막(TiW Layer) 등을 포함한 높은 전류밀도에 내성이 있는 물질막을 사용해서 형성하는 것이 바람직하다.A
계속해서, 상기 반사방지막(80)을 노출시키는 포토레지스트 패턴(90)들을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(90)들은 그들(90) 사이가 소정 직경(S1)의 크기를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 상기 포토레지스트 패턴(90)들 및 반사방지막(80)에 식각 공정(95)을 수행한다. 상기 식각공정(95)은 CF4, O2 등을 포함하는 식 각 공정가스를 사용하여 반사방지막(80)에 대하여 식각률을 갖도록 수행하는 것이 바람직하다. 도 8 과 같이, 상기 식각공정(95)은 노드절연막(70)을 노출시키지 않고 포토레지스트 패턴(90)들 사이의 반사방지막(80)을 부분적으로 식각하도록 수행할 수 있다. 다른 실시예로써, 상기 반사방지막(80)을 형성하지 않는 경우, 상기 식각공정(95)은 포토레지스트 패턴(90)들을 사용해서 노드 절연막(70)을 노출시키도록 형성할 수도 있다. Subsequently,
다음으로, 상기 포토레지스트 패턴(90)들 및 노드 절연막(70)에 식각공정(97)을 수행한다. 상기 식각공정(97)은 포토레지스트 패턴(90)들 및 반사방지막(80)을 덮는 폴리머 막(100)을 형성한다. 상기 폴리머 막(100)은 포토레스트 패턴(90)들 및 반사방지막(80)을 식각 장비(도면에 미 도시)의 공정 챔버내 고분자 증착 조건을 갖는 플라즈마(Plasma)에 노출시켜서 형성하는 것이 바람직하다. 이때에, 상기 고분자 증착 조건을 갖는 플라즈마는 C4H8, C5F8, CHF3 또는 CH2F2 등을 포함하는 카본(Carbon) 대 플루오르(Fluorine)의 비율이 높은 식각 공정가스를 사용해서 형성할 수 있다. Next, an
다른 실시예로써, 상기 반사방지막(80)을 형성하지 않는 경우, 상기 식각공정(97)은 포토레지스트 패턴(90)들 및 노드 절연막(70)을 덮는 폴리머 막(100)을 형성할 수 있다. 상기 식각공정(97)은 노드 절연막(70) 및 포토레지스트 패턴(90)들에 대해서 식각률을 갖도록 형성한다. 상기 폴리머 막(100)은 포토레스트 패턴(90)들을 식각 장비의 공정 챔버내 고분자 증착 조건을 갖는 플라즈마(Plasma)에 노출시켜서 형성하는 것이 바람직하다. 상기 고분자 증착 조건을 갖는 플라즈마는 C4H8, C5F8, CHF3 또는 CH2F2
등을 포함하는 카본(Carbon) 대 플루오르(Fluorine)의 비율이 높은 식각 공정가스를 사용해서 형성할 수 있다. 상기 식각공정(97)은 식각하는 동안 포토레지스트 패턴(90)들 사이를 통해서 노드 절연막(70)이 부분적으로 제거되지 않도록 수행하는 것이 바람직하다.In another embodiment, when the
도 1 및 도 9 내지 11 을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(90)들을 식각 마스크로 사용해서 폴리머 막(100) 및 반사방지막(80)에 식각공정(106)을 수행해서 노드 절연막(70)을 노출시킨다. 상기 식각 공정(106)은 포토레지스트 패턴(90)들 및 노드 절연막(70)에 대해서 식각률을 갖도록 수행하는 것이 바람직하다. 상기 식각 공정(106)은 식각 특성상 포토레지스트 패턴(90)들의 상면 및 측면이 만나는 부위에서 포토레지스트 패턴(90)들 및 폴리머 막(100)의 식각량을 최대화한다. 따라서. 상기 식각공정(106)은 반사방지막(80)의 상면 및 포토레지스트 패턴(90)들의 측벽 사이에 식각후 남겨진 폴리머 막(100) 및 상기 폴리머 막(100)의 측벽을 덮는 제 1 식각 부산물 폴리머 막(103)을 형성한다. 1 and 9 to 11, using the
다른 실시예로써, 상기 반사방지막(80)을 형성하지 않는 경우, 상기 포토레지스트 패턴(90)들을 식각 마스크로 사용해서 폴리머 막(100)에 식각공정(106)을 수행해서 노드 절연막(70)을 노출시킬 수 있다. 상기 식각 공정(106)은 포토레지스트 패턴(90)들 및 노드 절연막(70)에 대해서 식각률을 갖도록 수행하는 것이 바람직하다. 상기 식각 공정(106)은 식각 특성상 포토레지스트 패턴(90)들의 상면 및 측면이 만나는 부위에서 포토레지스트 패턴(90)들 및 폴리머 막(100)의 식각량을 최대화한다. 따라서, 상기 식각 공정(106)은 노드 절연막(70)의 상면 및 포토레지스트 패턴(90)들의 측벽 사이에 식각후 남겨진 폴리머 막(100) 및 상기 폴리머 막(100)의 측벽을 덮는 제 1 식각 부산물 폴리머 막(103)을 형성한다. In another embodiment, when the
여기서, 상기 식각 공정(106)은 CHF3, CF4 또는 그들의 조합물 등을 포함하는 카본(Carbon) 대 플루오르(Fluorine)의 비율이 높은 식각 공정가스와 함께 포토레지스트 패턴(90)들을 반응시켜서 제 1 식각 부산물 폴리머 막(103)을 형성할 수 있다. 상기 식각 공정(106)은 CHF3, CF4 또는 그들의 조합물 등을 포함하는 카본(Carbon) 대 플루오르(Fluorine)의 비율이 높은 식각 공정가스에 아르곤(Argon) 또는 질소(N2)를 첨가하고 동시에 이를 포토레지스트 패턴(90)들과 반응시켜서 제 1 식각 부산물 폴리머 막(103)을 형성할 수도 있다. 이때에, 상기 식각공정(106)은 폴리머 막(100) 및 제 1 식각 부산물 폴리머 막(103)을 사용해서 포토레지스트 패턴(90)들 사이를 소정 직경(S2)의 크기로 줄인다. The
다음으로, 상기 포토레지스트 패턴(90)들, 반사방지막(80), 폴리머 막(100) 및 제 1 식각 부산물 폴리머 막(103)을 식각 마스크로 사용해서 노드 절연막(70) 및 하부 전극막(60)에 식각공정(110)을 연속적으로 수행한다. 다른 실시예로써, 상기 반사방지막(80)을 형성하지 않는 경우, 상기 식각 공정(110)은 포토레지스트 패턴(90)들, 폴리머 막(100) 및 제 1 식각 부산물 폴리머 막(103)을 식각 마스크로 사용해서 노드 절연막(70) 및 하부 전극막(60)에 연속적으로 수행할 수 있다. 이때 에, 상기 식각공정(110)은 포토레지스트 패턴(90)들에 대해서 식각률을 갖도록 수행하는 것이 바람직하다. 상기 식각 공정(110)은 식각 특성상 포토레지스트 패턴(90)들의 상면 및 경사면이 만나는 부위에서 포토레지스트 패턴(90)들 및 폴리머 막(100)의 식각량을 최대화한다. 따라서, 상기 포토레지스 패턴(90)들은 그 패턴(90)들 사이의 상부 폭이 도 10 에 비해서 더 크게된 형상을 갖는다. 상기 식각공정(110)은 노드 절연막(70)을 지나서 하부 전극막(60)에 구속 콘택홀(118)을 형성하고 동시에 상기 구속 콘택홀(118)의 측벽에 제 2 식각 부산물 폴리머 막(114)을 형성한다. Next, using the
여기서, 상기 식각 공정(110)은 CHF3, CF4 또는 그들의 조합물 등을 포함하는 카본(Carbon) 대 플루오르(Fluorine)의 비율이 높은 식각 공정가스와 함께 포토레지스트 패턴(90)들 및 노드절연막(70)을 반응시켜서 제 2 식각 부산물 폴리머 막(114)을 형성할 수 있다. 상기 식각 공정(110)은 CHF3, CF4 또는 그들의 조합물 등을 포함하는 카본(Carbon) 대 플루오르(Fluorine)의 비율이 높은 식각 공정가스에 아르곤(Argon) 또는 질소(N2)를 첨가하고 동시에 이를 포토레지스트 패턴(90)들및 노드절연막(70)과 반응시켜서 제 2 식각 부산물 폴리머 막(114)을 형성할 수도 있다. 이때에, 상기 식각공정(110)은 제 2 식각 부산물 폴리머 막(114)을 사용해서 구속 콘택홀(118)의 상부 및 하부의 직경들(S2, S3)을 각기 다른 크기들이 되도록록 형성할 수 있다. The
이를 통해서, 상기 구속 콘택홀(118)은 하부 전극막(60)을 확실하게 노출시키기 위해서 식각공정(110)을 통해서 노드 절연막(70)의 하면으로부터 소정의 깊이(D)의 크기를 갖도록 연장시키는 것이 바람직하다. 상기 구속 콘택홀(118)은 도 7 의 포토레지스트 패턴(90)들 사이의 직경(S1)보다 작은 크기를 갖도록 형성한다. 상기 구속 콘택홀(118)은 게이트 패턴(20)과 평행하게 위치해서 활성영역(15)의 폭보다 크기가 작도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 구속 콘택홀(118)은 게이트 패턴(20)과 평행하게 위치하도록 적어도 하나 형성될 수 있다. 또한, 도 1 과 같이, 상기 게이트 패턴(20)과 직각으로 위치해서 활성영역(15)의 폭보다 크기가 작도록 다른 구속 콘택홀(119)이 형성될 수 있다. 상기 다른 구속 콘택홀(119)은 게이트 패턴(20)과 직각으로 위치해서 적어도 하나 형성될 수 있다. 결론적으로, 상기 구속 콘택홀들(118, 119) 중 하나는 활성영역(15)의 폭보다 작도록 반도체 기판(10) 상에 적어도 하나가 형성된다. As a result, the confining
도 1, 도 12 및 도 13 을 참조하면, 상기 식각 공정(110) 후에 제 1 및 제 2 식각 부산물 폴리머 막들(103, 114), 폴리머 막(100), 반사방지막(80)과 함께 포토레지스트 패턴(90)들을 에싱(Ashing)공정을 사용해서 반도체 기판(10)으로부터 제거시킨다. 다른 실시예로써, 상기 반사방지막(80)을 형성하지 않는 경우, 상기 식각 공정(110) 후에 제 1 및 제 2 식각 부산물 폴리머 막들(103, 114), 폴리머 막(100)과 함께 포토레지스트 패턴(90)들을 에싱(Ashing)공정을 사용해서 반도체 기판(10)으로부터 제거시킬 수 있다. 이후로, 상기 노드 절연막(70)을 식각 마스크로 사용해서 구속 콘택홀(118)에 RF(Radio Frequency) 세정이 수행될 수 있다. 상기 RF 세정은 구속 콘택홀(118)을 통해서 하부 전극막(60)에 존재할 수 있는 이 물질 을 제거하기 위해서 수행한다. 상기 RF 세정은 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스 플라즈마를 사용해서 수행할 수 있다. 1, 12, and 13, after the
상기 구속 콘택홀(118)을 충분히 채우도록 노드 절연막(70) 상에 상전이막(120) 및 상기 상전이막(120)을 덮는 상부 전극막(130)을 형성한다. 이를 통해서, 상기 상전이막(120)은 그 막(120)의 소정영역이 노드 절연막(70)으로 구속된다. 상기 상부 전극막(130)은 하부 전극막(60)과 함께 타이타늄 나이트라이드 막(TiN Layer), 타이타늄 알루미늄 나이트라이드 막(TiAlN Layer), 탄탈륨 나이트라이드 막(TaN Layer) 또는 타이타늄 텅스텐 막(TiW Layer) 등을 포함한 높은 전류밀도에 내성이 있고 동시에 상전이막(120)과 반응하지 않는 물질막을 사용해서 형성하는 것이 바람직하다. 상기 상전이막(120)은 게르마늄, 안티몬 및 텔루르를 포함한 켈코게나이드(Chalcogenide)로 불리는 조합물(GeXSbYTeZ)로서 이에 셀레늄(Se), 창연(Bi), 납(Pb), 주석(Sb), 비소(As), 황(S), 인(P), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd) 등의 물질을 첨가해서 형성한 것이 바람직하다.The
이어서, 상기 상부 전극막(130) 상의 소정영역에 위치해서 구속 콘택홀에 정렬하는 포토레지스트 패턴(140)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(140)을 식각 마스크로 사용해서 상부 전극막(130), 상전이막(120), 노드 절연막(70) 및 하부 전극막(60)에 식각공정(144)을 차례로 수행한다. 상기 식각공정(144)은 노드 절연막(70)을 사용해서 노드 절연막 패턴(75)을 형성한다. 더불어서, 상기 식각공정(144)은 노드 절연막 패턴(75) 상에 상전이막 패턴(125) 및 상부 전극(135)과 함께 상기 노드 절연막 패턴(75) 아래에 하부 전극(65)을 동시에 형성한다. 그리고, 상기 반도체 기판(10)으로부터 포토레지스트 패턴(140)을 제거해서 본 발명의 피이. 램(150)을 형성한다.Subsequently, a
도 14 는 본 발명에 따른 피이. 램들의 전기적 특성을 보여주는 그래프이다.14 is a blood invention according to the present invention. This graph shows the electrical characteristics of the RAMs.
도 13 및 도 14 를 참조하면, 설계적으로 동작 가능한 리셋(Reset) 전류의 크기를 비교하기 위해서 복수 개의 피이. 램들(150, 160)을 준비하였다. 상기 피이. 램들(150, 160)은 두 개의 그룹들(154, 164)로 나뉘어질 수 있다. 상기 그룹들 (154, 164)중 하나(154)는 본 발명에 따른 피이. 램(150)들이고, 나머지(164)는 본 발명과 다르게 상전이막 패턴(125)이 하부 전극(65)없이 도 12 의 노드 도전막 패턴(58)에 직접 접촉하는 피이 램(160)들이다. 따라서, 상기 그룹들(154, 164) 중 하나(154)는 설계적으로 동작 가능한 리셋 전류가 구속 콘택홀(118)의 하부 직경(S3)의 크기에 의존하고, 나머지(164)는 노드 콘택홀(54)의 직경에 의존한다. 이때에, 상기 구속 콘택홀(118)은 노그 콘택홀(54)의 직경보다 작은 크기를 갖는다.Referring to FIGS. 13 and 14, a plurality of PIs may be used to compare the magnitudes of the reset currents that are designably operable. The
상기 두 그룹들(154, 164)의 전기적 특성을 비교해 보면, 본 발명에 따른 피이. 램(150)들은 노드 콘택홀(54)의 직경에 의존하는 피이. 램(160)들에 비해서 낮은 리셋 전류를 소모해도 설계적으로 동작 가능한 데이타 "0" 을 선택된 셀(Cell)에 안정적으로 저장시킬 수 있슴을 보인다. Comparing the electrical characteristics of the two groups (154, 164), P. In accordance with the present invention. The
상술한 바와 같이, 본 발명은 노드 절연막 패턴 및 하부 전극에 구속 콘택홀을 배치해서 노드 절연막 패턴에 구속된 상전이막 패턴을 갖는 피이. 램의 형성방 법들을 제공한다. 상기 형성방법들은 피이. 램의 디자인 룰의 점진적인 축소에 대응해서 구속 콘택홀을 노드 절연막 패턴 및 하부 전극에 구현할 수 있도록 해준다. 이를 통해서, 상기 형성방법들은 설계적으로 동작할 수 있는 피이. 램의 리셋 전류를 계속적으로 줄일 수 있어서 반도체 장치의 시장 욕구에 적극 대응할 수 있다. As described above, the present invention provides a P having a phase insulating film pattern constrained to the node insulating film pattern by disposing a constraint contact hole in the node insulating film pattern and the lower electrode. Provides ways of forming RAM. The forming methods are bloody. In response to the gradual reduction of the design rules of the RAM, it is possible to implement the constrained contact hole in the node insulating layer pattern and the lower electrode. Through this, the forming methods can be operated by design. Since the reset current of the RAM can be continuously reduced, it is possible to actively respond to the market demand of the semiconductor device.
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